PPGEG - Mestrado Profissional (Dissertações)
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Item Metodologia para otimização de leiaute de câmaras e pilares da Mina Urucum em Corumbá-MS.(2023) Nascimento, Lucas Martins da Costa do; Figueiredo, Rodrigo Peluci de; Charbel, Paulo André; Figueiredo, Rodrigo Peluci de; Santos, Allan Erlikhman Medeiros; Magalhães, Fábio SoaresO dimensionamento de leiaute de câmaras e pilares em mineração subterrânea é feito comumente por meio de métodos de dimensionamento tradicionais, principalmente por meio da teoria da área tributária e fórmulas empíricas de resistência, metodologia que tende a ser muito conservadora e assim não se configura como a melhor premissa para extração de minério. Neste trabalho, é estudado um redimensionamento otimizado de leiaute das câmaras e pilares de uma área definida na Mina Urucum, uma mina de manganês, situada em Corumbá-MS, onde os corpos de minério tabulares horizontais, ou sub-horizontais, são lavrados, há décadas, pelo método câmaras e pilares. Para isso, apresenta-se um problema padrão de matemática, no qual o objetivo é estabelecer funções de recuperação do minério, cujas variáveis são geométricas com restrições geotécnicas e operacionais. Como a recuperação e as restrições são funções, via de regra, não-lineares dos parâmetros geométricos do leiaute, têm-se em questão um problema particularmente intricado de programação não-linear. Com a utilização dessas funções e estimativas mais acuradas de tensão e resistência aplica-se a metodologia proposta em uma área específica da mina com objetivo de determinar as dimensões ótimas da seção de pilares quadrados e vãos. Adicionalmente, e de forma complementar, propõe-se um dimensionamento de contenção específico para maciços estratificados, caso da Mina Urucum. Os resultados de estudos paramétricos são relatados, comparando a recuperação por meio da metodologia usualmente utilizada e a metodologia de dimensionamento otimizada, o que, como resultado, viabilizou um aumento de 30% na taxa de recuperação com as novas dimensões de vãos e pilares obtidas por meio da metodologia proposta.Item Avaliação do tempo de auto sustentação do teto de mina subterrânea de sal com as classificações geomecânicas RMR e CMRR.(2023) Brasil, Alisson Carvalho Santos; Figueiredo, Rodrigo Peluci de; Alameda Hernández, Pedro Manuel; Figueiredo, Rodrigo Peluci de; Jaques, Daniel Silva; Marques, Eduardo Antônio GomesOs sistemas de classificação geomecânica são comumente utilizados em escavaçõessubterrâneas, pois permitem identificar parâmetrossignificativos que influenciam o comportamento do maciço rochoso. Minas de sal e em especial de potássio, existem parâmetros específicos como: marco geológico, distância ao topo da camada de estéril, profundidade, orientação da lavra, espessura da argila. Foi estudado uma mina localizada em Rosário do Catete (SE) sendo a única do Brasil de extração de potássio que não possui sistema de categorização geotécnica comumente adotada do tipo RMR, GSI, CMRR e Q, que possa auxiliar no enquadramento geotécnico do maciço rochoso em classes. A não antecipação das atividades de reforço de teto em minas de sal ocasiona uma deformação dos estratosrochosos causando trincas e posteriores aberturas, que originam paradas não programadas afetando diretamente a produção por interrupção das atividades, além de maior risco operacional no quesito segurança. Foi escolhido como estudo piloto nessa mina um local de lavra com maior percentual de paradas não programadas datadas em 2021, além da escolha estar atrelada a lavra ao mínimo até o ano de 2024. Foram captados o tempo do stand up time, ou seja, a diferença do tempo da abertura e o início de trincas e aberturas no teto da escavação por diferentes variáveis, resultando em análises quantitativas e correlações para diferentes situações encontradas em campo. Baseado nessa captura de dados e análises foi compreendido a previsibilidade do tempo de auto sustentação da escavação para cada variável geotécnica analisada, e criado uma base de dados eficaz na melhor tomada de decisão que ajudará a promover a antecipação de atividades prevencionistas de atirantamento de teto pela previsibilidade do tempo de auto sustentação do teto imediato. Os resultados da correlação do tempo de auto sustentação por diferentes marcos geológicos e diferentes variáveisse mostraramse promissores podendo ser uma ferramenta de apoio para programação do tempo de reforço de teto. Com o propósito de analisar a adoção de alguma classificação geomecânica já adotada no meio científico para uma mina de sal, foram realizadas as inspeçõesincipientes pelossistemas de classificação geomecânicas RMR e CMRR, correlacionando-os ao tempo de auto sustentação. A classificação RMR mostrou boa correlação com o tempo de abertura da escavação e o vão livre escavado. Já o sistema CMRR mostrou correlações fracas, mesmo sendo essa classificação similar a estratificação geológica de mina de sal.Item Desempenho geotécnico de cortinas atirantadas executadas em Cascavel-PR.(2023) Oliveira, Thays Car Feliciano de; Porto, Thiago Bomjardim; Porto, Thiago Bomjardim; Ferreira, Lucas Deleon; Rincent, Jean JacquesAs estruturas de contenção atirantadas são amplamente utilizadas no cenário nacional, o que inclui o uso de tirantes para fins provisórios, principalmente em escavações de subsolos em regiões urbanas. Verifica-se a deficiência de dados quanto à capacidade de carga dos tirantes, considerando a ampla variabilidade geológico-geotécnica nacional. Assim, este trabalho teve o objetivo de estudar a capacidade de carga de tirantes para o contexto geológico-geotécnico de Cascavel-PR. Para tanto foram utilizados dados de duas obras do município, principalmente quanto a caracterização preliminar por sondagens e a boletins do controle tecnológico dos tirantes. Ademais foram coletadas amostras indeformadas de cada obra, para caracterização complementar mais detalhada dos índices físicos e parâmetros de resistência dos solos. A análise da capacidade de carga última dos tirantes foi realizada por meio de extrapolação matemática, visto que os tirantes eram provisórios e não atingiram a ruptura no procedimento de protensão. Também verificou-se a estabilidade global das cortinas atirantadas, em conjunto com análises de sensibilidade dos parâmetros geotécnicos, para uma avaliação preliminar das estruturas de contenção dos estudos de caso. Os resultados de caracterização indicaram que os maciços estudados eram constituídos por solos argilosos e argilo-siltosos. Encontrou-se uma ampla faixa de capacidade de carga dos tirantes, para a obra 1 de 45 a 97 kN/m e, para a obra 2 de 60 a 103 kN/m. Apesar da variabilidade, os resultados se enquadram em valores previamente apresentados na literatura para solos com caracterização geotécnica semelhante. As cortinas de ambos os estudos de caso apresentaram resultados satisfatórios de fator de segurança (FS) nas análises de estabilidade e a avaliação de sensibilidade indicou que os parâmetros de resistência do maciço são determinantes para o FS. Em suma, os resultados da pesquisa foram satisfatórios para auxiliar em definições básicas e importantes para análises de contenções atirantadas na região de estudo, principalmente quanto a faixas de resistência coerentes para o solo da região e valores de capacidade de carga para os tirantes.Item Análise probabilística de estabilidade de um talude grampeado sobre emboque de um túnel.(2023) Silva Júnior, Paulo César da; Ferreira, Lucas Deleon; Ferreira, Lucas Deleon; Porto, Thiago Bomjardim; Pereira, Armando BelatoA caracterização de maciços terrosos e rochosos é uma necessidade para elaboração de projetos geotécnicos, com a ampliação e popularização de ensaios geotécnicos de campo e de laboratório, a obtenção de parâmetros geotécnicos representativos do local de estudo torna-se uma realidade, mas ainda existem incertezas relacionadas com a variabilidade geológica/geotécnica desses maciços. Nesse contexto, a utilização de métodos determinísticos em análises e em projetos tem sido substituída pela aplicação de métodos probabilísticos de análise. Os métodos probabilísticos complementam e permitem quantificar as incertezas inerentes às variabilidades dos parâmetros geotécnicos por meio do Índice de Confiabilidade β. Esse, por sua vez, evidencia o quanto o fator de segurança probabilístico apresenta valores mais confiáveis e de impacto na redução da Probabilidade de Ruptura, embora não expresse todas as fontes de dispersão envolvidas na obtenção dos dados. No presente trabalho é apresentado um estudo de caso relacionado com a análise de estabilidade de duas seções de um talude reforçado com grampos. As simulações foram conduzidas por métodos de equilíbrio limite utilizando-se de análises determinísticas e probabilísticas. Foram avaliadas a influência de parâmetros geométricos (inclinação e altura dos taludes), bem como a configuração dos grampos no Fator de Segurança (FS) da estrutura. Adicionalmente, foi constatado por intermédio de análises de sensibilidade as influências dos parâmetros geotécnicos no FS. Neste estudo foram utilizados dois métodos probabilísticos complementares (FOSM e Monte Carlo) usualmente empregados em análises de estabilidade de taludes. As duas seções do estudo de caso de um talude reforçado com grampos, apresentaram índice β distintos, apesar de possuírem geometrias semelhantes. A estratificação e interpretação das camadas dos solos apresentaram ter grande relevância na probabilidade de ruptura da estrutura.Item Comportamento de ancoragens passivas em ensaios de arrancamento executados em Itabirito friável.(2023) Gomes, Daniel da Silva; Porto, Thiago Bomjardim; Porto, Thiago Bomjardim; Ferreira, Lucas Deleon; Rincent, Jean JacquesNos últimos anos ocorreu um aumento nas aplicações da técnica de solo grampeado, no entanto há uma dificuldade na compreensão do comportamento das ancoragens, seja para dimensionamento ou por questões de funcionamento do elemento, sendo promissoras as pesquisas que se concentram a ampliar o conhecimento neste quesito. Esta dissertação apresenta informações do comportamento de ancoragens passivas inseridas em material itabirito friável, submetidas a ensaios de arrancamento convencionais e monitorados com extensômetros elétricos. Estes ensaios de arrancamento foram executados em uma obra geotécnica com características peculiares e com a utilização de infraestrutura pesada, no total foram submetidas aos ensaios, 18 ancoragens concentradas numa região da obra. As ancoragens foram executadas com variabilidade do comprimento do trecho ancorado, com 1,00 metro, 2,00 metros e 3,00 metros do trecho ancorado com preenchimento por calda de cimento. Seis ancoragens destas foram ensaiadas após a instalação de extensômetros elétricos, bem como a utilização de célula de carga e transdutor LVDT para a validação da carga aplicada sobre a ancoragem e obtenção do deslocamento respectivamente, no intuito de avaliar o comportamento da distribuição da carga durante os estágios de carregamento e descarregamento. Nove ensaios foram realizados com o procedimento adaptado da NBR 5629 (ABNT, 2018), obtendo informações de carregamento e descarregamento, enquanto três ensaios foram executados com o procedimento com taxa de carregamento constante até a ruptura geotécnica, os quais não foram obtidos diferenciação nos resultados de carga de ruptura comparado aos ensaios com execução de carregamento/descarregamento. Foram também realizados ensaios de laboratório para caracterização do material e execução de ensaios de cisalhamento direto. As amostras foram coletadas em região próxima aos ensaios de arrancamento. Os resultados obtidos nos ensaios de arrancamento demonstraram que com o aumento do comprimento do trecho ancorado ocorre uma ligeira redução na resistência ao arrancamento das ancoragens. E que os valores de resistência ao arrancamento obtidos nos ensaios com taxa de carregamento constante foram considerados mais conservadores comparado aos ensaios de arrancamento executados com metodologia convencionais. A partir disto conclui que esta pesquisa apresentou resultados com boas perspectivas para o aperfeiçoamento no conhecimento do comportamento de ancoragens passivas a partir da execução de ensaios de arrancamento em itabirito friável.Item Análise experimental de um aterro de rejeito arenoso compactado para fins de disposição em pilha.(2022) Borges, Rodrigo dos Passos; Pereira, Eleonardo Lucas; Pereira, Eleonardo Lucas; Oliveira, Tales Moreira de; Duarte, Leandro NevesAs execuções de aterros experimentais embasam diretrizes técnicas para o desenvolvimento de projetos, bem como para a definição de premissas de campo. Percebe-se que o estudo bem elaborado é capaz de antever os desafios que serão encontrados durante a implantação da obra e ou estrutura. Com as recentes mudanças na legislação, associadas aos incidentes com barragens de rejeitos, uma alternativa que vem sendo estudada e recomendada é o empilhamento de rejeitos. Essa opção, no entanto, precisa ser analisada com os devidos critérios, para que problemas relacionados a instabilidades de maciços e outas variáveis sejam cada vez menores. A proposta experimental realizada neste trabalho leva em consideração uma sequência metodológica, visando a melhor configuração para a compactação, visto que as normas vigentes foram desenvolvidas para estudos envolvendo solos naturais. Considera-se para esse estudo a utilização de rejeitos arenosos que eram dispostos em uma estrutura denominada “Cava de Germano”, que possui o comportamento similar ao rejeito que será produzido no retorno das operações da Samarco Mineração. Devido ao volume expressivo e à velocidade de geração de rejeitos, esse estudo leva em consideração a utilização de equipamentos de maior porte. Observou-se inicialmente uma dificuldade para manter os rejeitos na condição de umidade ideal para os trabalhos, devido à baixa retenção de água do material. Com o uso de vários equipamentos para compactação, foi possível analisar o comportamento do rejeito juntamente com as dificuldades operacionais, pois alguns equipamentos não conseguiram trafegar sob a praça de rejeitos. Outra observação pertinente foi a condição de compactação, tanto no ramo seco como no ramo úmido, que para alguns casos, não apresentou uniformidade. Tal condição foi necessária para prever os trabalhos no período seco e no período de chuvas mais intensas. A produtividade com camadas mais espessas foi com certeza maior, porém, caso seja necessário adequar a camada a algum parâmetro, o trabalho torna-se bem mais difícil. Essa condição foi observada tanto para umidade fora do padrão como para condição de compactação na camada (excesso de compactação). Os resultados indicaram o uso de camadas com espessura de 0,75 m como a melhor configuração.Item Contribuição ao estudo do comportamento mecânico de um solo residual compactado empregado no Dique Direito da UHE Baguari.(2022) Capanema, Priscila Ítala; Pereira, Eleonardo Lucas; Pereira, Eleonardo Lucas; Ferreira, Lucas Deleon; Villar, Lúcio Flávio de SouzaPor muitos anos privilegiou-se na construção de barragens de terra no Brasil o emprego de solos mais nobres em detrimento dos solos residuais. A dificuldade em se lidar com os solos residuais reside no fato destes se comportarem de maneira distinta dos solos sedimentares, predominantes no hemisfério norte e nos quais toda a Mecânica dos Solos Clássica foi baseada. O principal fator responsável pelo comportamento mecânico diferenciado dos solos residuais é a presença de uma pressão negativa na água dos poros, denominada sucção. Apesar de conferir ao solo um acréscimo de resistência, a sucção costuma ser desprezada nos projetos geotécnicos por se entender que na maioria dos casos a condição saturada corresponde à situação mais crítica à qual a obra pode estar sujeita ou pela dificuldade em se obter os parâmetros de resistência do solo não saturado necessários às análises. O desenvolvimento da Mecânica dos Solos Não Saturados, entretanto, proporcionou o surgimento de formulações empíricas para estimativa da resistência na condição não saturada, que podem ser úteis nas fases preliminares dos projetos geotécnicos, tais como a função hiperbólica proposta por Vilar (2006). Com o objetivo de caracterizar geotecnicamente e avaliar experimentalmente a influência da sucção na resistência ao cisalhamento de um solo residual de gnaisse compactado empregado na construção do Dique Direito da Usina Hidrelétrica Baguari, foi realizado um extenso programa experimental em amostra deformada de solo coletada em uma das áreas de empréstimo utilizadas na época da construção, que permitiu constatar que o solo residual corresponde a um silte areno argiloso de baixa plasticidade, altamente intemperizado, com estrutura composta por micro-agregados e que sua curva de retenção de água apresenta distribuição bimodal de poros. Empregando-se a metodologia proposta por Vilar (2006) foram verificadas alterações significativas nos parâmetros de resistência do solo na passagem da condição saturada para a condição não saturada. Enquanto o intercepto coesivo variou de 16,9 kPa para 52,2 kPa, o que representa um ganho de 3 vezes, o ângulo de atrito variou de 31,1o para 43,2o, representando um aumento de cerca de 40%. A função hiperbólica de Vilar (2006) possibilitou ainda a estimativa da envoltória de resistência ao cisalhamento do solo não saturado.Item Proposta de metodologia para definição dos níveis de controle da instrumentação associados aos modos de falha : estudo de caso em uma barragem para disposição de rejeito de mineração.(2022) Marinaro, Rodrigo de Aguiar; Ferreira, Lucas Deleon; Ferreira, Lucas Deleon; Barbosa, Terezinha de Jesus Espósito; Maia, Karla Cristina Araújo PimentelNo setor mineral é cada vez mais frequente a elaboração de “carta de risco” como ferramenta de gestão de segurança, principalmente após ser exigida por alguns órgãos fiscalizadores/ regulatórios de barragens, através da definição de níveis de controle da instrumentação. No entanto, a definição dos níveis de controle por meio da abordagem comumente utilizada no setor possui limitações e não deve ser utilizada isoladamente como instrumento de gestão de segurança de barragens. Este trabalho objetiva correlacionar os parâmetros avaliados aos possíveis modos de falha e, a partir de uma abordagem qualitativa e quantitativa, definir os níveis de controle da instrumentação de uma barragem de rejeito, denominada neste trabalho como Barragem-Piloto. A consistência dos dados básicos, o julgamento de engenharia com a análise crítica dos dados conjuntos da instrumentação foi fundamental e priorizado na avaliação de desempenho e comportamento da estrutura avaliada. A partir do entendimento dos mecanismos que controlam o comportamento da barragem, foi possível associar aos respectivos modos de falha aplicáveis na estrutura. Neste estudo de caso considerou-se o modo de falha instabilização, uma vez que os resultados revelaram a possibilidade de ocorrência deste modo de falha na estrutura. E com isto definiu-se os parâmetros que precisam ser monitorados. A interpretação destes parâmetros ocorreu por meio da adoção de métodos determinísticos e estatísticos. Como resultado, pode-se estabelecer zonas de aceitação ou não aceitação da leitura da instrumentação e a partir daí auxiliar na tomada de decisão e investigação de um comportamento anômalo da barragem. Sendo assim, concluiu-se que foi possível fazer uma crítica construtiva das atuais cartas de riscos usualmente utilizadas por métodos determinísticos para definição dos níveis de controles da instrumentação.Item Uso de estacas metálicas tubulares em estruturas de proteção de barragens de rejeito de mineração.(2022) Viel, Isabella do Nascimento; Ferreira, Lucas Deleon; Futai, Marcos Massao; Ferreira, Lucas Deleon; Oliveira, Tales Moreira de; Candido, Eduardo SouzaOs acidentes ocorridos com barragens de mineração na última década, provocaram atualizações na legislação brasileira vigente, das quais destaca-se a necessidade de descaracterização das barragens alteadas pelo método de montante ou método declarado desconhecido. A obrigatoriedade de descaracterização desses barramentos em prazos reduzidos, associada à necessidade de implantação de estruturas de contenção a jusante dessas barragens para viabilização do processo de descaracterização, vem impulsionando a busca por novas tecnologias construtivas. Neste contexto, e tendo como referência as barreiras de contenção utilizadas no Japão contra Tsunamis, instaladas pelo método Press in, o uso de estacas metálicas torna-se uma possibilidade para a construção de estruturas provisórias de proteção contra possíveis rupturas de barragens de rejeito em processo de descaracterização. Além da própria matéria prima (aço), que apresenta resistência superior aos materiais tradicionalmente utilizados, a cravação pelo método press in ainda minimiza a geração de ruídos e vibrações durante a execução da obra, o que possibiliza sua instalação em regiões mais próximas às barragens a serem descaracterizadas. O fato de ser um método mais silencioso, também diminui os transtornos junto às comunidades, reduzindo o impacto social negativo inerentes em implantações dessa natureza. A adoção do sistema de estacas ainda ocupa menores áreas, minimizando as intervenções na região de jusante. Para o dimensionamento dessas contenções alguns itens merecem atenção especial, dentre os quais o cálculo das pressões de impacto provocadas pelo rejeito mobilizado, os momentos e deslocamentos atuantes nas estacas, além da avaliação do comportamento dos materiais de fundação frente às solicitações impostas. O presente trabalho apresenta um contexto geral da aplicação de estacas tubulares metálicas para fins de contenção através da tecnologia do press in e o dimensionamento geotécnico dessas estruturas provisórias mediante a análise de uma contenção hipotética. O objetivo deste dimensionamento é de promover discussões sobre estas estruturas provisórias de proteção à jusante de barragens rejeitos em processo de descomissionamento.Item Desenvolvimento de dispositivos para avaliar propriedades de geossintéticos.(2021) Oliveira, Pedro Victor Garcia de; Pereira, Eleonardo Lucas; Urashima, Denise de Carvalho; Pereira, Eleonardo Lucas; Ferreira, Lucas Deleon; Castro, Carlos Alberto CarvalhoNos últimos anos, o emprego de geossintéticos em obras de engenharia civil e ambiental vem ganhando espaço devido a distintos fatores, tais como: substituição de soluções convencionais, ou mesmo propostas de novas soluções, aliada à relação custo benefício. Com o avanço do uso desses materiais, surgiu a necessidade de se conhecer melhor suas propriedades e melhorar o controle de qualidade, podendo assim garantir maior confiabilidade ao projeto. Esse trabalho apresenta o desenvolvimento de equipamentos e dispositivos para auxiliar nos estudos e caracterização das propriedades físicas e mecânicas de geossintéticos. Tais equipamentos e dispositivos idealizados nesta pesquisa permitiram a avaliação da espessura de geossintéticos e a resistência à tração do tipo faixa estreita. A validação dos aparatos desenvolvidos foi realizada por meio de comparação com os dados fornecidos pelo fabricante de um determinado geotêxtil, com os obtidos na pesquisa, comprovando a eficácia deles. Além disso, por meio da adequação de uma prensa universal foi possível a execução de ensaios de tração dinâmica em geotêxtil, ou seja, geotêxteis foram submetidos a ensaios de tração cíclica com as variáveis controladas: número de ciclos e percentual de carga aplicada. De forma a possibilitar geração de dados para a avaliação do acúmulo de danos por esforços de fadiga dinâmica. A partir desses dados, um estudo estatístico foi realizado para a estimativa da resistência retida do material, fazendo a comparação dos dados da resistência à tração do material intacto, com aqueles que foram submetidos a ciclos dinâmicos de carregamento e descarregamento em distintas situações de percentuais de carga nominal (10, 30 e 50 %) e número de ciclos (10, 20, 30 e 90), pode-se observar que o material com 10% da carga nominal até os 30 ciclos, apresentou um ganho de resistência mecânica, porém visto que diretamente ligado ao aumento de ciclos e de percentual de carga sua resistência cai de forma sistêmica. A análise dos resultados obtidos foi realizada por meio de ferramentas estatísticas, demostrando com 95% de confiabilidade que o material ao aumentar o nível de carga e ciclos perde sua resistência à tração e se torna frágil, perdendo sua capacidade de deformação e sustentação da carga aplicada. Os resultados foram promissores em relação às metodologias para o estudo da durabilidade dos geossintéticos pela simulação em laboratório de situações que estes poderão ser submetidos antes, durante e pósaplicação em obras.